塑料防盗瓶盖的成型技术

来源：浙江科技学院学报日期：2020-04-27 作者：印雄飞杭州娃哈哈精密机械有限公司

1 引言

近几年来，我国饮料行业得到了高速发展。在饮料的包装中，PET瓶已占绝对主导地位，随着市场需求不断扩大，与之相应的瓶盖需求数量庞大。为了防止假冒伪劣产品充斥市场，保证内容物的质量不被恶意破坏，目前的瓶盖都采用了防盗结构^[1]。

饮料产品成本中包装成本占了很大的比重。如何提高饮料包装的质量，降低成本，愈来愈受到大家的重视。而饮料瓶塑料防盗瓶盖的产量和质量主要取决于生产设备和模具。因此国内主要的饮料包装材料供应商都加大了对制盖设备的投资，使得国内市场的瓶盖质量有了很大的提高,达到了世界先进水平。与此同时，在塑料瓶盖生产领域，注塑和压塑工艺之争也拉开了大幕。技术创新无疑是塑料防盗盖快速发展的动力^[2]。

2 饮料瓶塑料防盗瓶盖的结构和分类

瓶盖虽然体积不大，但结构比较复杂，有密封内塞、螺纹、旋盖齿线、连接桥、防盗圈等结构，对瓶盖本身还有许多较为严格的指标，如密封性能、跌落性能、耐热性能、开启扭矩、断裂封盖性能等要求，要生产出合格盖子产品，对模具的精度有很高的要求。

1.1典型饮料瓶塑料防盗瓶盖的结构

图1所示为典型的纯净水防盗瓶盖。材料为HDPE，重量为2克左右。从其结构来看，盖子内有一圈密封环和内螺纹，下部的防盗环内、外各有一圈凸台，有直径约为0.7的18个细连接桥与瓶盖相连，瓶盖一旦开启连接桥就断裂。

1.2饮料瓶塑料防盗瓶盖的分类

图1 防盗瓶盖的结构

饮料瓶塑料防盗瓶盖种类比较多，按照功能分类，可以分饮用水瓶盖、热灌装饮料瓶盖、碳酸饮料瓶盖。针对不同的饮料，对瓶盖的要求各不相同。如饮用水瓶盖仅要求一定的密封性能，而碳酸饮料和热灌装饮料就对密封性能要求很高；碳酸饮料瓶盖要求有开瓶泻气的功能，螺纹必需采用断续的形式，密封也必须采用特殊形式；热灌装瓶盖则要求有很好的耐热性能等。

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图2、三次脱模的防盗瓶盖模具结构

按照瓶盖的结构形式来分，一般可分为单片盖和双片盖。单片盖的密封结构通过成型内塞、顶封等同种材料一次成型；而双片盖则在盖体部分不包含密封结构，通过二次成型在瓶盖的内顶滴加弹性体材料，起到密封作用。此外还有其他功能型的组合瓶盖，如运动盖，带有可打开、关闭的吸嘴，结构更为复杂。

3 塑料防盗瓶盖典型的注塑模具结构

饮料瓶塑料防盗瓶盖最早都是采用注塑工艺生产的。经过多年的发展，现在已形成了瓶盖专用注塑机以及配套的输送、检测单元。模具大多采用热流道系统和一模多腔的形式， 32腔、48腔、64腔、72腔是目前国外主流的模具腔数^[3]。

瓶盖属于薄壁类注塑，虽然体积不大，但结构比较复杂，有螺纹、防盗圈等结构，加上瓶盖本体与防盗圈之间的连接桥较细，使得脱模成为瓶盖注塑模中最主要的难点。目前主要有三种模具形式来解决这一问题。一种是防盗圈部分采用哈夫块的形式，开模阶段首先打开防盗圈部分的哈夫块，然后将螺纹部分强制顶出，最后由内顶盖将整个盖子顶出。这种模具的结构比较简单，一般只需要二次脱模，但是模具横向体积较大，腔数受到了一定的限制，相同腔数的模具重量大，要求注塑机的规格相应提高。第二种方法是在注塑时不加工连接桥，直接强脱螺纹，在注塑之后再增加一道切环工序，这种模具生产成本相对较高，需增加一台切环机，生产费用增大，但是模具结构简单，模具加工费用低，二期模具寿命长。第三种是采用三次脱模机构，一次成型，这种模具结构比较复杂，模具成型件之间在注塑过程中相对运动较多，因此对模具的制造精度以及模具材料的强度、耐磨性能等都有较高的要求，如各相对运动的零件间的配合精度都在H7/g6以上。

典型的三次脱模的瓶盖模具结构如图2所示。当塑料注射入型腔并充分冷却后，首先型腔固定板与防盗圈固定板分离，即动、定模分开；其次，防盗圈与中间的螺纹型芯、中型芯、顶杆型芯一起顶出向前运动，与衬套分离，使塑料制品与衬套脱开，实现第一次脱模；然后，螺纹型芯与中型芯停止运动，防盗圈型芯与顶杆型芯一起向前运动，即中间中心顶杆顶出，外围防盗圈型芯推出，强制脱出内螺纹与防盗圈内凸环，实现第二次脱模；最后，防盗圈型芯停止运动，顶杆型芯继续前进，把塑料制品从防盗圈型芯中完全顶出，实现第三次脱模。至止整个脱模过程完成。合模各型芯的复位由回程杆和各连接拉杆及动、定模型芯接触复位，一个工作周期结束。

4 塑料防盗瓶盖的压塑生产工艺及模具结构

A、模具型芯 B、顶出套 C、物料喂送 D、模具型腔 E、物料团

图3 压塑制盖工艺

压塑成型（ContinuousCom－pressionMolding，缩写CCM）是近10年出现的塑料制品制造工艺的新突破，压塑工艺具有制盖尺寸精确和收缩系数小的优势。从能耗、物耗及环保角度综合成本而言，在饮料工业中，压塑制盖无疑是现在和未来制盖方式的发展方向。目前压塑盖已占据了可口可乐、百事可乐、娃哈哈、统一、康师傅80%以上的份额。

4.1瓶盖的压塑生产工艺

与传统的注塑制盖工艺不同，压塑工艺相对简单，通过物料挤出塑化系统，把定量的物料置于瓶盖型腔中，通过合模动作，完成对物料的加工，然后冷却、脱模、完成制盖，整个工艺过程如图3所示。采用压塑的工艺生产的塑料防盗瓶盖一般没有足够的动作来成型防盗圈部分的连接桥，因此都是采用增加后道切环工序的方式完成。

4.2压塑瓶盖模具结构

1、放料 2、合模 3、成型 4、冷却 5、开模 6、顶出

图4 高速连续旋转成型单元

压塑制盖最为显著的特征就在于高速连续旋转的成型单元，如图4所示^[4]。高速连续旋转的成型单元颠覆了传统注塑工艺具有固有周期的开合模过程，压塑模具的每一个模组都是独立动作的，没有像注塑模那样的模板，从这个角度来说，模具的制造成本应该要比注塑要低，而且由于各个模组的相互独立型，模具的寿命要比注塑模具高。这也减少了大量的维修工作量。但由于压塑制盖过程压力高，冲击强，速度快的特点，因此压塑模具必须具有极高的强度和耐磨性能、快速的冷却能力以及精密的尺寸控制。因此在模具材料的选用和加工精度上又比注塑模具要求高得多。

典型的压盖模具结构如图5所示。由型腔和型腔盖板组成了一个空的模腔，由压塑机将料团挤入模腔，上模部分压下，将瓶盖成型并冷却定型。脱模动作可分为以下几个阶段：

1）上模部分整体运动，完成瓶盖与型腔部分的分离；

2）外型芯和内衬套、外衬套一起向下运动，使瓶盖的内塞部分与内型芯分开；

1、冷却水管 2 、内型芯 3 、外型芯

4 、内衬套 5、外衬套 6、型腔 7、型腔盖板

图5 典型的压盖模结构

3）内衬套停止运动，外型芯与外衬套一起继续向下运动，使防盗圈部位与内衬套脱离接触；

4）外型芯停止运动，外衬套继续向下运动，使螺纹部分与外型芯脱离接触；

5）通过内部吹气，将整个瓶盖吹落。整个脱模过程结束。

4.3压塑和注塑生产工艺的比较

压塑成型作为近10年出现的塑料制品制造工艺的新突破，与注塑工艺相比较，在效率、能耗、成本等方面均具有一定的优势。

1) 生产效率高。以2.0g水盖为例，48腔的压塑机每分钟能生产1150~1200个瓶盖，而72腔注塑制盖系统在成型周期 4.0~4.5s条件下的生产速度只有每分钟960~1080个。

2) 能耗低。由于压塑工艺成型温度相对较低(压塑160~180℃ 注塑 220~240℃)，并且具有特殊的连续旋转成型机构，因此，在生产能耗方面压塑比注塑可以降低30%~40%。

3) 系统结构简单，维护保养方便。压塑制盖系统结构简单，仅包括塑化挤出和旋转成型两个主要单元，因此占用空间少，便于维护保养。

4) 工艺性能稳定。由于简单的成型工艺和稳定的结构设计，压塑制盖系统生产过程的工艺稳定性较强。

5) 换色快速。压塑工艺中不存在热流道系统，因此瓶盖产品换色速度快，节省物料。

压塑工艺也存在一定的缺点。由于压盖设备生产塑料瓶盖时不能一次生产出成品，还需要经过后道切环工序才能完成。对于双片盖还需增加一道内垫成型工序，生产工艺较复杂，增加了产品的生产周期，同时产生废次品的几率也相对增加了很多。另外目前压塑工艺只是局限于标准的塑料瓶盖，对于双色盖、运动盖或者异型瓶盖等则不能生产。

5 结束语

我国是饮料消费大国，也是饮料瓶塑料防盗瓶盖的生产大国。在塑料防盗瓶盖的生产中，主要采用注塑和压塑两种成型方法生产，其中压塑工艺生产的瓶盖已占总量的80%。与注塑成型的工艺相比，压塑工艺生产防盗瓶盖具有生产效率高、模具寿命长、换色快以及节能等优点。

注塑工艺则在双色盖、运动盖和其他异型瓶盖的成型方面具有较大的优势。相比较但是无论是注塑工艺还是压塑工艺，国内高精度、高产量、长寿命的设备主要还是依靠进口^[5]。注塑制盖系统的代表有HUSKY、NESTAL、DEMAG等，其中HUSKY，NESTAL，ENGEL已在中国建立工厂。压塑制盖系统的代表有SACMI，ALCOA，OE等。国产的设备和模具在产能和寿命上和进口相比基本上要相差一个数量级。今年五月份，国家提出了2009－2011年装备制造业调整和振兴规划，九大产业重点项目中第五项就是轻工机械自主化的问题，塑料成型机械就是其中的一个重点。我们要抓住国家振兴装备制造业的契机，进一步提高塑料机械和模具的层次，早日达到国际先进水平。